CN101648075B - 信息处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种信息处理系统，其包括输入部分和输出部分，该输入部分输入用户在操作环境中对其执行操作的物体的运动信息，该输出部分在远离该操作环境的远程地点处保持另一物体并且根据从该输入部分接收的运动信息再现用户对其执行操作的物体的运动。

Description

信息处理系统
技术领域
本发明涉及根据用户的输入操作执行信息处理的信息处理系统。特别地，本发明涉及捕捉用户操作、传送数据以及根据用户操作在远程地点处执行远程操作的信息处理系统。
详细地，本发明涉及在远程地点处再现用户用工具对物体施加外力的操作的信息处理系统。特别地，本发明涉及在远程地点处再现由用户用工具对物体施加的外力所引起的物体的移动的信息处理系统。
背景技术
虚拟技术和远程技术被应用于学习诸如医学技能的专业技能并被应用于在特殊或危险环境(例如，微观世界、海洋和核反应堆)中的操作。
在虚拟技术中，使用如下的方法：在不容许直接接触物体的环境中通过使用触觉设备提供物体的三维的运动感觉和触觉。例如，通常通过使用具有串行链路的笔形触觉设备来提供运动感觉和触觉。用户握住笔形设备的端部从而提供具有三到六个轴的力矩(例如参见http://www.sensable.com/haptic-phantom-desktop.htm(在2008年8月4日时))。为了克服串行链路的刚性不足的问题，已经提出了使用并行链路从而提供具有三到六个轴的力矩的触觉设备(参见例如日本专利No.3329443)。此外，已经提出了使用戴在操作者手腕上的重量轻且耐磨的设备从而提供在虚拟环境中对操作者的运动感觉的虚拟环境系统(参见例如日本的未经审查的专利申请公开No.2002-304246)。
在远程技术中，通常使用允许用户在远程地点处操作类人机器人(仿佛他/她在该地点上一样)的主/从型操作器。这样的操作器用于远程医学或遥控重型设备中。
例如，已经提出了一种外科手术的机器人系统，该机器人系统包括：具有手动输入设备的主控制器，该手动输入设备在操作者/控制器的操作空间中可移动；包括具有外科手术的末端执行器的从动臂的操作器；操作性地连接到末端执行器的至少一个驱动伺服机构，该至少一个驱动伺服机构根据从动控制信号在外科手术操作空间中移动该末端执行器；包括具有外科手术操作空间的可移动视场的图像捕捉设备的成像系统，该成像系统产生表示该视场的位置信号；以及连接主控制器与从动臂的处理器，该处理器通过使用从来自成像系统的位置信号得到的变换将操作空间中的输入设备映射到外科手术操作空间中的末端执行器来产生从动控制信号(参见例如日本的未经审查的专利申请公开No.2005-261956)。
在使用主/从操作器的远程技术中，用户或操作者用该主/从操作器执行对机器人的远程操作，当用户执行操作从而用工具对物体施加外力时，在机器人的臂上的末端执行器保持类似的工具从而仿效用户的臂的运动。然而，运动的再现是非常困难的，这是因为不但必须再现用户对工具的操作而且还要再现物体的运动。
例如，已经提出了一种系统，在该系统中将多关节结构附于人体从而在他/她进行高尔夫挥杆等时实时获得相对于参考点的位置关系以及头、手、脚、臂和腿的形状，通过使用有线或无线通信将数据发送到外面(例如远程地点)，从而控制在外面的机器人或机器(参见例如日本的未经审查的专利申请公开No.2008-55544)。虽然该系统能够通过使用外部的机器人在远程地点处再现人类的运动(例如高尔夫挥杆)，但是在该文献中没有描述通过高尔夫挥杆可以进行球的哪种运动。
已经提出了一种高尔夫模拟游戏，在其中遥控的打高尔夫球的人在小的高尔夫球场上玩高尔夫球(参见例如日本的未经审查的专利申请公开(PCT申请的译文)No.08-509643)。然而，虽然该游戏在虚拟环境(例如小的高尔夫球场)中再现打高尔夫球的人的运动，但是该游戏没有在远程高尔夫球场上再现高尔夫球的运动。
发明内容
期望提供一种优秀的信息处理系统，其捕捉用户操作并传送数据从而在远程地点处很好地执行对应于用户操作的远程操作。
期望提供一种优秀的信息处理系统，其在远程地点处很好地再现用户用工具对物体施加外力的动作。
期望提供一种优秀的信息处理系统，其在远程地点处很好地再现用户用工具将外力施加到其的物体的运动。
期望提供一种优秀的信息处理系统，其很好地在远程地点(例如实际的高尔夫球场)处再现当用户进行高尔夫挥杆时球的运动。
根据本发明实施例，提供了一种信息处理系统，其包括输入部分和输出部分，该输入部分输入用户在操作环境中对其执行操作的物体的运动信息，该输出部分在远离该操作环境的远程地点处保持另一物体并且根据从该输入部分接收的运动信息再现用户对其执行操作的物体的运动。
术语“系统”指的是多个设备(或者能够执行特定功能的功能模块)的逻辑的组件而不管设备或功能模块是否被布置在单个外壳中。
在该信息处理系统中，该输入部分可以包括摄像机以及检测器，该摄像机拍摄用户对其执行操作的物体的运动的图像，该检测器通过处理摄像机拍摄的图像的信号检测该物体的运动来产生该物体的包括其速度和方向的运动信息；并且该输出部分可以包括运动-控制值转换器以及射出器(eiector)，该运动-控制值转换器将从输入部分接收的运动信息转换为包括速度和方向的控制值，该射出器根据该控制值射出该另一物体。
在该信息处理系统中，输出部分可以包括投影摄像机，其拍摄该远程地点的风景的图像；并且输入部分可以包括向用户显示投影图像的投影屏以及将该投影摄像机拍摄的图像投影到该投影屏上的投影仪。
在该信息处理系统中，该射出器可以包括以期望速度射出该另一物体的发射器(launcher)以及可旋转地支撑该发射器的云台(panhead)。该发射器根据从该运动-控制值转换器输出的速度控制值射出该另一物体。该云台通过使用从该运动-控制值转换器输出的方向控制值来转动该发射器的射出方向。
在该信息处理系统中，该发射器可以包括引导该另一物体的导向器、在该导向器上阻挡该另一物体的阻挡器(stopper)以及橡胶轮胎(rubber tire)，该橡胶轮胎在该阻挡器被移开时为输入的该另一物体的外周提供圆周速度，该橡胶轮胎由电动机转动。
在该信息处理系统中，当由接收的该运动信息指定的速度等于或小于该橡胶轮胎以该电动机的转速下限向该另一物体提供的圆周速度时，该橡胶轮胎可以通过利用取决于在停止向该电动机供电之后所经过的时间的该电动机的转动余力来给该另一物体提供该指定速度。
根据本发明实施例，提供了一种信息处理系统，其包括：第一输入部分，其输入用户在对手竞技游戏的用户一侧上对其执行操作的物体的运动信息；物体回收(retrieving)单元，其回收用户在用户一侧上对其执行操作的该物体；第一输出部分，其在该游戏的对手一侧上根据从第一输入部分接收的运动信息来再现用户对其执行操作的该物体的运动；第二输入部分，其输入对手在该游戏的对手一侧上对其执行操作的另一物体的运动信息；以及第二输出部分，其在该游戏的用户一侧上并且通过使用该物体回收单元回收的物体，根据从第二输入部分接收的运动信息来再现对手对其执行操作的该另一物体的运动。
在该信息处理系统中，第一输入部分可以包括第一摄像机以及第一检测器，该第一摄像机拍摄用户对其执行操作的该物体的运动的图像，该第一检测器通过处理第一摄像机拍摄的图像的信号检测该物体的运动来产生该物体的包括其速度和方向的运动信息；第一输出部分可以包括第一运动-控制值转换器以及第一射出器，该第一运动-控制值转换器将从第一输入部分接收的运动信息转换为包括速度和方向的控制值，该第一射出器根据该控制值射出该另一物体；第二输入部分可以包括第二摄像机以及第二检测器，该第二摄像机拍摄对手对其执行操作的该另一物体的运动的图像，该第二检测器通过处理第二摄像机拍摄的图像的信号检测该另一物体的运动来产生该另一物体的包括其速度和方向的运动信息；以及其中第二输出部分可以包括第二运动-控制值转换器以及第二射出器，该第二运动-控制值转换器将从第二输入部分接收的运动信息转换为包括速度和方向的控制值，该第二射出器根据该控制值射出该物体。
在该信息处理系统中，第二输入部分还可以包括投影摄像机，其拍摄对手一侧的图像；并且第二输出部分还可以包括向该用户显示投影图像的投影屏以及将该投影摄像机拍摄的对手一侧的图像投影到该投影屏上的投影仪。
在该信息处理系统中，第一射出器和第二射出器中的每一个可以包括以期望速度射出相应物体的发射器以及可旋转地支撑该发射器的云台。该发射器根据从相应运动-控制值转换器输出的速度控制值射出相应物体。该云台通过使用从相应运动-控制值转换器输出的方向控制值来转动该发射器的射出方向。
在该信息处理系统中，该发射器可以包括引导该物体的导向器、在该导向器上阻挡该物体的阻挡器以及橡胶轮胎，该橡胶轮胎在该阻挡器被移开时为输入的该物体的外周提供圆周速度，该橡胶轮胎由电动机转动。
在该信息处理系统中，当由接收的该运动信息指定的速度等于或小于该橡胶轮胎以该电动机的转速下限向该物体提供的圆周速度时，该橡胶轮胎可以通过利用取决于在停止向该电动机供电之后所经过的时间的该电动机的转动余力来给该物体提供该指定速度。
根据本发明实施例，提供了一种优秀的信息处理系统，其很好地在远程地点处再现用户用工具对物体施加外力的动作。
根据本发明实施例，提供了一种优秀的信息处理系统，其很好地在远程地点处再现用户用工具对其施加外力的物体的运动。
根据本发明实施例，提供了一种优秀的信息处理系统，其很好地在远程地点(例如实际的高尔夫球场)处再现当用户进行高尔夫挥杆时球的运动。
根据本发明实施例，可以在远离操作环境的远程地点(例如实际的高尔夫球场)处准确地再现在用户进行高尔夫挥杆时用户在操作环境中(例如在房间中)对其执行操作的物体(例如高尔夫球)的运动。
根据本发明实施例，在输入部分中产生物体的运动信息，该运动信息包括通过处理图象信号获得的速度和方向。在输出部分中，根据由接收的运动信息转变成的速度和方向来射出物体。因此，可以在远程地点处准确地再现用户对其执行操作的物体的运动。
根据本发明的实施例，在操作环境中的用户对物体执行操作而同时观看显示在投影屏上的远程地点的图像并且想象仿佛他/她在远程地点处一样。
根据本发明的实施例，布置在远程地点处的射出器包括云台和能够以期望速度射出物体的发射器。通过根据从运动信息处获得的速度和方向命令值移动云台和发射器，可以在远程地点处准确地再现用户在操作环境中对其执行操作的物体的运动。
根据本发明的实施例，将由电动机转动的橡胶轮胎的圆周速度提供给输入的物体的外周，由此可以将由运动信息指定的速度提供给物体。
根据本发明的实施例，即使当由接收的运动信息指定的速度等于或小于该橡胶轮胎以该电动机的转速下限提供的圆周速度时，该橡胶轮胎通过利用取决于在停止给该电动机供应驱动功率之后所经过的时间的该电动机的转动余力来给该物体提供由接收的运动信息指定的速度。
根据本发明的实施例，可以与在远程地点处的对手一侧上的对手一起玩玩家与对手对抗的游戏，例如桌上曲棍球(air hockey)。
下面参考附图详细描述本发明实施例的更多特征和优点。
附图说明
图1是根据本发明实施例的、捕捉用户操作并传送数据从而在远程地点处执行对应于用户操作的远程操作的信息处理系统的示意图；
图2示出了布置在房间中的操作环境的实例；
图3示出了诸如实际的高尔夫球场的远程地点的实例；
图4A是球射出器的侧视图；
图4B是球射出器的前视图；
图5是布置在远程地点处的运动-控制值转换器和球射出器的功能框图；
图6示出了将高尔夫球发射到外面的发射器的主要内部部件的结构；
图7是示出在已经被发射的高尔夫球的速度与在停止电动机转动的时刻和阻挡器释放高尔夫球的时刻之间的时间间隔之间的关系的曲线图；
图8是示出球运动检测器提取高尔夫球的速度和方向的过程的流程图；
图9A示出了在某一时刻摄像机拍摄的地面(人造草皮)的背景图像的实例；
图9B示出了在当前时刻摄像机拍摄的地面(人造草皮)的背景图像的实例；
图10示出了连续的三帧图像，用该图像确定球尺寸的物体存在；
图11是示出运动-控制值转换器根据运动信息控制球射出器的过程的流程图；
图12是示出根据本发明实施例的、被应用于桌上曲棍球的信息处理系统的示意图；
图13示出了橡胶圆盘(puck)射出器的主要部件的结构；
图14是橡胶圆盘射出器的主要部件的框图；
图15是示出用于提取被俘获到玩家一侧的橡胶圆盘阻挡器中的橡胶圆盘的位置、速度和方向的图像信号处理过程的流程图；以及
图16是示出用于根据从对手一侧接收的运动信息来控制橡胶圆盘射出器操作的过程的流程图。
具体实施方式
在下文中，参考附图详细描述本发明的实施例。
图1是根据本发明实施例的、捕捉用户操作并传送数据从而在远程地点处执行对应于用户操作的远程操作的信息处理系统的示意图。该信息处理系统在远程地点处再现由用户用工具对物体施加的外力所引起的物体的运动。具体地说，该信息处理系统在远程地点(例如实际的高尔夫球场)处再现当用户进行了例如轻打(putt)的高尔夫挥杆时的高尔夫球的运动。
图1所示的信息处理系统1包括输入用户操作的输入部分、发送关于用户操作的数据的发送器以及根据通过发送器获得的关于用户操作的数据来执行远程操作的输出部分。输入部分对应于在其中用户用高尔夫球杆打高尔夫球的本地操作环境10。输出部分对应于远程地点20，其中根据用户的击打操作来将高尔夫球射出到实际的高尔夫球场上。通常将操作环境10布置在房间中。
将关于用户操作的数据从操作环境10发送到远程地点20的发送器对应于网络30。网络30包括有线网络、无线网络或者有线与无线网络的组合。网络的大小取决于操作环境10与远程地点20之间的距离。例如，可以使用现有的广域传输介质(例如因特网或者公用电话网)作为网络30。
图2示出了布置在房间中的操作环境10的实例。操作环境10包括：铺设在地面上的人造草皮11，在其上用户击打或者轻打高尔夫球；球阻挡器12，其回收在被用户在人造草皮11上击打之后基本上向前运动的高尔夫球；投影仪16和投影屏13，用于向用户显示远程地点(例如高尔夫球场)的风景；摄像机14，其从上方拍摄用户所击打的高尔夫球的图像并且可以自天花板悬挂下来；以及球运动检测器15，其分析由摄像机14拍摄的运动图像从而获得高尔夫球的运动信息。
投影到投影屏13上的图像是实际的高尔夫球场的风景的图像。该图像优选为由拍摄远程地点20图像的摄像机(如下所述)提供的风景的实时图像。
球运动检测器15通过使用摄像机14拍摄的运动图像来获得运动信息(包括在用高尔夫球杆击打之后滚动的高尔夫球的速度和方向(运动方向))，并且将该运动信息经由网络发送到远程地点20。球运动检测器15包括网络通信接口。以下描述由球运动检测器15执行的数据处理。
图3示出了诸如实际高尔夫球场的远程地点20的实例。远程地点20包括：球射出器21，其例如被布置在草地上并且射出高尔夫球；运动-控制值转换器22，其将已经经由网络30从球运动检测器15接收的运动信息转换为用于球射出器21的控制值；以及摄像机23，其拍摄如果用户处于高尔夫球场上会看到的高尔夫球场风景的图像。运动-控制值转换器22包括网络通信接口。
将摄像机23拍摄的图像用作用于在操作环境10中将图像投影到投影屏13上的图像数据。图像经由网络30被提供到操作环境10并且用投影仪16投影到投影屏13上。用户可以享受在操作环境10中玩高尔夫球而同时在投影屏13上看到图像，并且想象仿佛他/她处于远程地点(即，高尔夫球场)处的乐趣。
图4A和4B分别示出了球射出器21的侧视图和前视图。如图所示，球射出器21包括发射器。发射器包括阻挡高尔夫球(未示出)的阻挡器21A和由电动机21B驱动从而对高尔夫球施加射出力的橡胶轮胎21C。发射器被安装在云台21D上。
球射出器21根据由运动-控制值转换器22提供的控制值运行。球射出器21使用云台21D来设置高尔夫球的发射方向并且根据高尔夫球的速度控制橡胶轮胎21C的转速。当阻挡器21A释放高尔夫球时，电动机21B转动橡胶轮胎21C并且向高尔夫球提供圆周速度从而发射该高尔夫球。因此，以与用户在操作环境10中击打的高尔夫球的运动基本上相同的速度和基本上相同的方向将高尔夫球射出到实际的高尔夫球场上(例如，草地上)。
图5是布置在远程地点处的运动-控制值转换器22和球射出器21的功能框图。
运动-控制值转换器22包括接收器22A和控制器22B。在经由网络接收到高尔夫球的运动信息后，控制器22B分析该运动信息。然后，在预定定时控制器22B将方向命令值发到云台21D、将转速命令值发到电动机21B并且将高尔夫球释放命令发到阻挡器21A。
图6示出了将高尔夫球发射到外面的发射器的主要内部部件的结构。在该图所示的实例中，高尔夫球沿具有圆筒形状的导向器的内周滚下，直到球被阻挡器21A阻挡。当来自操作环境10的高尔夫球的运动信息到达时，启动电动机21B从而转动橡胶轮胎21C。可以根据高尔夫球的速度来控制橡胶轮胎21C的转速。此外，云台21D(在图6中未示出)转动使得圆筒形导向器的轴线方向变得与被包括在运动信息中的方向相同。当已经使橡胶轮胎21C的转动恒定时，阻挡器21A释放高尔夫球，并且电动机21B转动橡胶轮胎21C，从而给高尔夫球的外周提供圆周速度并且发射该高尔夫球。因此，可以以与用户在操作环境10中击打的高尔夫球的运动基本上相同的速度和基本上相同的方向将高尔夫球射出到实际的高尔夫球场上(例如，草地上)。使用橡胶轮胎21C的转动来控制高尔夫球速度的步骤与用云台21D控制高尔夫球的射出方向的步骤同时执行。
如上所述，根据高尔夫球的速度来控制橡胶轮胎21C的转速。然而，问题在于难以用等于或小于电动机21B的转速下限的速度发射高尔夫球。例如，当用户轻打高尔夫球时，高尔夫球的速度可能等于或小于下限。
在这样的情况下，通过在橡胶轮胎21C正在被电动机21B的转动余力转动的同时控制阻挡器21A释放高尔夫球的定时，可以用等于或小于下限的速度发射高尔夫球。出于此目的，首先以恒速转动电动机21B，然后停止向电动机21B供电，并且随后利用取决于阻挡器21A释放高尔夫球之前所经过的时间的转动余力来发射高尔夫球，使得可以用等于或小于下限的速度射出高尔夫球。
图7是示出了在已经被发射的高尔夫球的速度与在电动机21B的转动停止的时刻和阻挡器21A释放高尔夫球的时刻之间的时间间隔之间的关系的曲线图。如图7所示，在高尔夫球的速度与电动机21B停止之后所经过的时间之间存在基本上线性的关系。因此，可以将最小二乘逼近应用于此关系从而通过输入期望的发射速度来得到释放阻挡器21A的适当的定时。
接下来，描述在操作环境10中由球运动检测器15执行的操作。
如上所述，在操作环境10中将人造草皮11铺设在地面上，通常将该操作环境10布置在房间中。用户击打或者轻打布置在人造草皮11上的高尔夫球。摄像机14被布置在天花板上并且指向地面从而从上方拍摄用户击打的高尔夫球的图像。球运动检测器15对摄像机14拍摄的运动图像应用图像信号处理从而提取高尔夫球的速度和方向。
图8是示出球运动检测器15提取高尔夫球的速度和方向的图像信号处理过程的流程图。
首先，获得某一时刻的背景图像(也就是说，仅仅示出了铺设在地面上的人造草皮11的图像)(步骤S1)。
接下来，计算在背景图像(参见图9A)和当前时刻图像(参见图9B)之间的差异信号(步骤S2)从而检测高尔夫球的位置。
为了防止错误检测高尔夫球的位置，执行下列过程。
(2-1)因为高尔夫球通常是白色的，所以检测差异信号在亮度方面等于或大于阈值的范围。(2-2)将该区域分成彼此邻接的区域。(2-3)在这样的区域之中，提取那些具有可以由接近于正方形的矩形围绕的外周并且具有接近于高尔夫球尺寸的面积的区域作为高尔夫球的图像。
当确定高尔夫球尺寸的物体存在于图像中(在步骤S3中为“是”)时，开始用于通过使用所拍摄图像的连续的三帧检测高尔夫球的运动的过程(参见图10)。
在检测过程中，首先检测在帧中球的重心(步骤S4)。将重心确定为通过填充如下的区域得到的矩形的中心，在该区域中背景图像与当前的连续帧图像之间的差异是连续的。
如果无法得到包括高尔夫球尺寸的物体的图像的三个或更多连续帧(在步骤S5中为“否”)，则重心是不可检测的。在该情况下，从步骤S2开始重新尝试检测高尔夫球。
另一方面，如果可得到包括高尔夫球尺寸的物体的图像的三个或更多连续帧(在步骤S5中为″是″)，则使用随后的帧来计算高尔夫球重心的位移(速度)和方向(步骤S6)。
如果在时刻t-2与时刻t-1之间的高尔夫球重心的位移和方向与在时刻t-1与时刻t之间的高尔夫球重心的位移和方向基本上相同，则确定为已经成功地检测到在被击打或轻打之后运动的高尔夫球(在步骤S7中为“是”)。换句话说，只有当通过使用这三个连续的帧检测的高尔夫球正经历均匀的线性运动时才做出该确定。在该情况下，球运动检测器15计算运动信息(包括所检测的高尔夫球的速度和方向)，并且经由网络30将该运动信息发送到远程地点20处的运动-控制值转换器22(步骤S8)。
通过使用高尔夫球直径与像素尺寸的比值将高尔夫球每帧移动的像素数转换成厘米来计算高尔夫球的速度。也就是说，从高尔夫球尺寸中获得的实际距离(例如每帧的位移(cm/帧))被用作单位。因此，该单位不依赖于布置在天花板上的摄像机14的位置。
当从三个连续帧检测到的高尔夫球没有正经历均匀的线性运动(在步骤S7中为“否”)时，该球是不可检测的，并且从步骤S2开始重新尝试检测高尔夫球。
接下来，描述在远程地点20处由球射出器21执行的操作。
如上所述，将发射器安装在云台21D上，该云台21D为高尔夫球提供射出方向。发射器包括阻挡高尔夫球的阻挡器21A和橡胶轮胎21C。橡胶轮胎21C由电动机21B转动从而为高尔夫球的外周提供圆周速度并且将高尔夫球发射到外面。
图11是示出运动-控制值转换器22根据运动信息控制球射出器21运动的过程的流程图。
在经由网络接收到运动信息后，运动-控制值转换器22分析该运动信息从而获得高尔夫球要被射出的速度和方向的信息。然后，将方向命令值发给云台21D(步骤S11)。
运动-控制值转换器22检查对应于高尔夫球射出速度的电动机21B的转速是否小于电动机21B的转速下限(步骤S12)。
同时执行步骤S11和步骤S12。
如果对应于高尔夫球射出速度的电动机21B的转速等于或大于电动机21B的转速下限(在步骤S12中为“否”)，则运动-控制值转换器22将已经通过分析运动信息而得到的转速命令直接发到电动机21B(步骤S13)，并且在已经使转速恒定的时候将高尔夫球释放命令发到阻挡器21A(步骤S14)。结果，可以用与用户在操作环境10中击打的高尔夫球的运动基本上相同的速度和基本上相同的方向将高尔夫球射出到实际的高尔夫球场上(例如，草地上)。
另一方面，当对应于高尔夫球发射速度的电动机21B的转速小于电动机21B的转速下限(在步骤S12中为“是”)时，运动-控制值转换器22将转动命令发到电动机21B并且随后发出转动停止命令(步骤S15)。然后，当电动机21B的转动余力减低到对应于高尔夫球期望速度的速度时，运动-控制值转换器22将高尔夫球释放命令发到阻挡器21A(步骤S16)。因此，通过用取决于球落下之前所经过的时间的电动机的转动余力来发射高尔夫球，能够以与用户在操作环境10中击打的高尔夫球的运动基本上相同的速度和基本上相同的方向将高尔夫球发射到实际的高尔夫球场上(例如，草地上)。
在此以前，已经描述了在例如高尔夫球场的远程地点20处再现由用户在操作环境10中(例如在房间中)进行的高尔夫挥杆所引起的高尔夫球运动的实施例。然而，本发明不限于此。
例如，“桌上曲棍球”是流行的街机游戏(arcade game)，在该游戏中玩家在桌子上用叫做“球棍”(或“打击器(smasher)”)的工具击打塑料盘(橡胶圆盘)从而通过将橡胶圆盘击入对手的球门中来得分。在桌子的表面中制作了许多微小的孔，使得橡胶圆盘浮在从微小的孔中吹出的空气上。当用球棍击打橡胶圆盘时，橡胶圆盘在桌子上低摩擦地滑动，并且在橡胶圆盘打到桌子周边的框时弹回。顾名思义，桌上曲棍球是模仿曲棍球的游戏。桌子由布置在长边中间的中线划分为玩家一侧和对手一侧。在桌子的两个短边中制作用作球门的相对较大的开口。当玩家将橡胶圆盘击打到对手的球门中时，玩家得分。
根据本发明实施例的远程技术可以被应用于桌上曲棍球。在玩家与对手对抗的游戏中，玩家一侧对应于本地的操作环境而对手一侧对应于远程地点。在玩家一侧和对手一侧上，布置了用于玩家和对手的输入和输出部分，使得系统具有对称结构。
图12是示出了本发明被应用于桌上曲棍球的信息处理系统的示意图。因为如上所述玩家一侧和对手一侧是对称的，所以在图12中仅示出了对应于输入部分的玩家一侧40。
在如图12所示的仅仅具有玩家一侧40的一半尺寸的桌子41的上表面中，制作了许多微小的孔(未示出)使得橡胶圆盘可以浮在从微小的孔中吹出的空气上。在玩家一侧40上的桌子41的近端处，如普通桌上曲棍球桌子中那样布置开口(未示出)，该开口用作玩家一侧上的球门。在与玩家一侧40相对的桌子41的远端侧上，布置了橡胶圆盘阻挡器42。橡胶圆盘阻挡器42回收用球棍(未示出)向对手一侧击打的橡胶圆盘。在该实施例中，将橡胶圆盘射出器(如下所述)布置在橡胶圆盘阻挡器42中。
此外，在桌子41的与玩家一侧40相对的远端上，布置了投影屏43。投影仪46将由远程地点处布置在对手一侧上的摄像机拍摄的对手一侧的图像投影到投影屏43上。将拍摄玩家一侧40的图像的摄像机53布置在玩家一侧上。将玩家一侧的图像的图像信号经由网络提供到对手一侧上的投影仪，使得同样将玩家一侧40的图像投影到远程地点处的对手一侧上的投影屏上。
从天花板悬挂下来的摄像机44从上方拍摄玩家一侧40上的桌子41的图像。通过将信号处理应用于包括用户用球棍击打的橡胶圆盘的图像的图像，可以得到包括橡胶圆盘的速度和方向(角度)的橡胶圆盘的运动信息。然后，将橡胶圆盘的运动信息经由网络发送到对手一侧上的橡胶圆盘射出器。
当橡胶圆盘阻挡器42回收从玩家一侧40击打的橡胶圆盘时，将橡胶圆盘提供给橡胶圆盘射出器。根据从对手一侧提供的橡胶圆盘的运动信息，橡胶圆盘射出器将橡胶圆盘以与对手在对手一侧上用球棍击打橡胶圆盘的速度和方向基本上相同的速度和基本上相同的方向射出到玩家一侧40。
图13示出了橡胶圆盘射出器的主要部件的结构。将橡胶圆盘的发射器(如上所述，参见图4)安装在云台上，并且将云台安装在X台上使得发射器可以在X方向上移动。发射器使得能够控制橡胶圆盘的速度和方向，并且X台使得能够设定在X方向上的发射位置。X台将橡胶圆盘射出器移动到对手一侧上的橡胶圆盘阻挡器俘获橡胶圆盘的位置。然后，橡胶圆盘射出器以与对手一侧上的橡胶圆盘阻挡器俘获的橡胶圆盘的速度和方向相同的速度和相同的方向来射出橡胶圆盘。
橡胶圆盘发射器具有与图6所示的高尔夫球发射器相类似的结构，因此省略了橡胶圆盘发射器的示例。也就是说，从玩家一侧回收的橡胶圆盘由阻挡器阻挡，电动机以对应于橡胶圆盘速度的速度转动橡胶轮胎，当使转动恒定时通过释放阻挡器来掷出橡胶圆盘，使得可以在云台设置的方向上并且以期望速度将橡胶圆盘射出到外面，也就是说，射出到玩家一侧。
图14是橡胶圆盘射出器的主要部件的框图。
橡胶圆盘射出器包括接收器、控制器、橡胶圆盘发射器、可旋转地支撑橡胶圆盘发射器的云台以及可移动地支撑云台的X台，该橡胶圆盘发射器具有转动橡胶轮胎的电动机和阻挡橡胶圆盘的阻挡器。
当接收器经由网络接收到已经在对手一侧中被俘获到橡胶圆盘阻挡器中的橡胶圆盘的运动信息时，控制器分析该运动信息并且将位置命令值发到X台，将方向命令值发到云台，将转速命令值发到电动机并且在指定定时将橡胶圆盘释放命令发到阻挡器。
同时执行通过使用电动机转动的橡胶圆盘发射速度控制、X台的位置控制以及用于射出橡胶圆盘的云台的射出方向控制。
如可能发生的，当对手在对手一侧上未能击打橡胶圆盘时，橡胶圆盘的速度可能小于可以以电动机转速下限提供的最小速度。在这样的情况下，可以如上所述通过利用电动机的转动余力来向橡胶圆盘提供等于或小于下限的速度。也就是说，首先以某一速度转动电动机，然后停止到电动机的驱动功率，并且随后通过利用取决于阻挡器释放橡胶圆盘且橡胶圆盘落在橡胶轮胎上之前所经过的时间的转动余力来发射橡胶圆盘，使得可以用等于或小于下限速度的速度射出橡胶圆盘。
接下来，描述用于检测玩家在作为操作环境的玩家一侧上用球棍击打的橡胶圆盘的运动的操作。图15是示出用于提取被俘获到玩家一侧上的橡胶圆盘阻挡器中的橡胶圆盘的位置、速度和方向的图像信号处理过程的流程图。
首先，获得某一时刻的背景图像(也就是说，仅仅示出了桌子的图像)(步骤S21)。接下来，计算在背景图像和包括橡胶圆盘的当前图像之间的差异信号(步骤S22)从而检测橡胶圆盘的位置。
当确定橡胶圆盘尺寸的物体存在于图像中(在步骤S23中为“是”)时，开始用于通过使用所拍摄图像的连续的三帧检测橡胶圆盘的运动的过程。
在检测过程中，首先检测在帧中橡胶圆盘的重心(步骤S24)。将重心确定为通过填充如下的区域得到的矩形的中心，在该区域中背景图像与当前的连续帧图像之间的差异是连续的。
如果无法得到包括橡胶圆盘尺寸的物体的图像的三个或更多连续帧(在步骤S25中为“否”)，则重心是不可检测的。在该情况下，从步骤S22开始重新尝试检测橡胶圆盘。
另一方面，如果可得到包括橡胶圆盘尺寸的物体的图像的三个或更多连续帧(在步骤S25中为“是”)，则使用随后的帧来计算橡胶圆盘重心的位移(速度)和方向(步骤S26)。
如果在时刻t-2与时刻t-1之间的橡胶圆盘重心的位移和方向与在时刻t-1与时刻t之间的橡胶圆盘重心的位移和方向基本上相同，则确定已经成功地检测到在被用球棍击打之后运动的橡胶圆盘(在步骤S27中为“是”)。换句话说，只有当通过使用这三个连续的帧检测的橡胶圆盘正经历均匀的线性运动时才做出该确定。在该情况下，计算橡胶圆盘阻挡器俘获的橡胶圆盘的运动信息，包括橡胶圆盘的在X方向上的位置、速度和运动方向。然后，将运动信息经由网络发送到远程地点处的对手一侧(步骤S28)。
通过使用橡胶圆盘直径与像素尺寸的比值将橡胶圆盘每帧移动的像素数目转换成厘米来计算橡胶圆盘的速度。也就是说，从橡胶圆盘尺寸得到的实际距离(例如每帧的位移(cm/帧))被用作单位。因此，该单位不依赖于布置在天花板上的摄像机43的位置。
当从三个连续帧检测到的橡胶圆盘没有正经历均匀的线性运动(在步骤S11中为“否”)时，该橡胶圆盘是不可检测的，并且从步骤S22开始重新尝试该检测。
接下来，描述用于将橡胶圆盘射出到远离玩家一侧40的对手一侧的操作。此操作对应于用于根据来自对手一侧的运动信息将已经由玩家一侧上的橡胶圆盘阻挡器回收的橡胶圆盘发射回到玩家一侧的操作。图16是示出用于根据从对手一侧接收的运动信息控制橡胶圆盘射出器操作的过程的流程图。
在经由网络接收到橡胶圆盘的运动信息后，控制器分析该运动信息从而获得以下信息，该信息包括用于将橡胶圆盘从橡胶圆盘阻挡器的橡胶圆盘射出器射出的橡胶圆盘的X方向上的位置、速度和射出方向。然后，控制器将方向命令值发到云台21D(步骤S31)并且将X方向位置命令值发到X台(步骤S32)。
控制器检查对应于橡胶圆盘射出速度的电动机的转速是否小于电动机的转速下限(步骤S33)。
同时执行步骤S31到S33。
如果对应于橡胶圆盘射出速度的电动机的转速等于或大于电动机的转速下限(在步骤S33中为“否”)，则控制器将已经通过分析运动信息而得到的转速命令直接发到电动机(步骤S34)，并且在已经使转速恒定的定时将橡胶圆盘释放命令发到阻挡器(步骤S35)。结果，可以用与对手在远程地点处的对手一侧上击打的橡胶圆盘的运动基本上相同的速度和位置以及基本上相同的方向将橡胶圆盘射出到玩家一侧。
另一方面，当对应于橡胶圆盘射出速度的电动机的转速小于电动机的转速下限(在步骤S33中为“是”)时，控制器将转动命令发到电动机并且随后发出转动停止命令(步骤S36)。然后，当电动机的转动余力减速到橡胶圆盘的期望射出速度时，控制器将橡胶圆盘释放命令发到阻挡器(步骤S37)。因此，通过用取决于橡胶圆盘落下之前所经过的时间的电动机的转动余力发射橡胶圆盘，能够以与对手在远程地点处的对手一侧上击打的橡胶圆盘的运动基本上相同的速度和位置以及基本上相同的方向将橡胶圆盘射出到玩家一侧。
在此以前，已经描述了本发明的实施例。然而，不言自明的是，本领域技术人员可以在本发明范围内对实施例进行修改或置换。
在本说明书中，已经主要描述了在实际的高尔夫球场(草地)上准确再现用户在铺设于房间中的人造草皮上轻打的高尔夫球的运动的实施例。然而，本发明的范围不限于此。例如，可以在实际的高尔夫球场上再现用户在房间中用高尔夫球杆(例如长距离高尔夫球杆或铁头球杆)击出的高尔夫球的运动。
此外，根据本发明实施例的、发送用户在房间中的本地环境中击打的物体的运动信息从而在远程环境中再现该运动的信息处理系统适用于包括桌上曲棍球的各种游戏。
总之，在此描述的本发明实施例仅仅是示例性的而不应该被认为限制本发明的范围，本发明的范围应当从所附权利要求中理解。
本申请含有与2008年8月11日提交到日本专利局的日本在先专利申请JP 2008-206779中所公开的主题有关的主题，上述专利申请的全部内容通过引用被合并在此。
本领域技术人员应当理解，根据设计要求以及其它因素可能发生各种修改、组合、子组合和改变，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围之内即可。

Claims (12)

1.一种信息处理系统，包含：
输入部分，其输入用户在操作环境中对其执行操作的物体的运动信息；以及
输出部分，其在远离该操作环境的远程地点处保持另一物体并且根据从该输入部分接收的运动信息再现用户对其执行操作的物体的运动，并且包括射出该另一物体的射出器，
其中该射出器包括以期望速度射出该另一物体的发射器和可旋转地支撑该发射器的云台。
2.根据权利要求1的信息处理系统，
其中该输入部分包括：
摄像机，其拍摄用户对其执行操作的物体的运动的图像，以及
检测器，其通过处理该摄像机拍摄的图像的信号来检测该物体的运动并产生该物体的包括其速度和方向的运动信息，以及其中该输出部分包括：
运动-控制值转换器，其将从该输入部分接收的运动信息转换为包括速度和方向的控制值，以及
该射出器，其根据该控制值射出该另一物体。
3.根据权利要求1的信息处理系统，
其中该输出部分包括：
投影摄像机，其拍摄该远程地点的风景的图像，以及其中该输入部分包括：
投影屏，其向用户显示投影图像，以及
投影仪，其将该投影摄像机拍摄的图像投影到该投影屏上。
4.根据权利要求2的信息处理系统，
其中该发射器根据从该运动-控制值转换器输出的速度控制值射出该另一物体，并且该云台通过使用从该运动-控制值转换器输出的方向控制值来转动该发射器的射出方向。
5.根据权利要求4的信息处理系统，
其中该发射器包括：
导向器，其引导该另一物体，
阻挡器，其在该导向器上阻挡该另一物体，以及
橡胶轮胎，其在该阻挡器被移开时为输入的该另一物体的外周提供圆周速度，该橡胶轮胎由电动机转动。
6.根据权利要求5的信息处理系统，
其中，当由接收的该运动信息指定的速度等于或小于该橡胶轮胎以该电动机的转速下限向该另一物体提供的圆周速度时，该橡胶轮胎通过利用与在停止向该电动机供电之后所经过的时间相应的该电动机的转动余力来向该另一物体提供该指定速度。
7.一种信息处理系统，包含：
第一输入部分，其输入用户在对手竞技游戏的用户一侧上对其执行操作的物体的运动信息；
物体回收单元，其回收用户在用户一侧上对其执行操作的该物体；
第一输出部分，其在该游戏的对手一侧上根据从第一输入部分接收的运动信息来再现用户对其执行操作的该物体的运动；
第二输入部分，其输入对手在该游戏的对手一侧上对其执行操作的另一物体的运动信息；以及
第二输出部分，其在该游戏的用户一侧上并且通过使用该物体回收单元回收的物体，根据从第二输入部分接收的运动信息来再现对手对其执行操作的该另一物体的运动，
其中该第一输出部分包括射出该另一物体的第一射出器，该第一射出器包括以期望速度射出该另一物体的第一发射器和可旋转地支撑该第一发射器的第一云台。
8.根据权利要求7的信息处理系统，
其中第一输入部分包括：
第一摄像机，其拍摄用户对其执行操作的该物体的运动的图像，以及
第一检测器，其通过处理第一摄像机拍摄的图像的信号来检测该物体的运动并产生该物体的包括其速度和方向的运动信息，其中第一输出部分包括：
第一运动-控制值转换器，其将从第一输入部分接收的运动信息转换为包括速度和方向的控制值，以及
该第一射出器，其根据该控制值射出该另一物体，其中第二输入部分包括：
第二摄像机，其拍摄对手对其执行操作的该另一物体的运动的图像，以及
第二检测器，其通过处理第二摄像机拍摄的图像的信号来检测该另一物体的运动并产生该另一物体的包括其速度和方向的运动信息，以及
其中第二输出部分包括：
第二运动-控制值转换器，其将从第二输入部分接收的运动信息转换为包括速度和方向的控制值，以及
第二射出器，其根据该控制值射出该物体。
9.根据权利要求7的信息处理系统，
其中第二输入部分还包括：
投影摄像机，其拍摄对手一侧的图像，以及
其中第二输出部分还包括：
投影屏，其向该用户显示投影图像，以及
投影仪，其将该投影摄像机拍摄的对手一侧的图像投影到该投影屏上。
10.根据权利要求8的信息处理系统，
其中第二射出器包括：
第二发射器，其以期望速度射出相应物体，以及
第二云台，其可旋转地支撑该第二发射器，以及
其中该第二发射器根据从相应运动-控制值转换器输出的速度控制值射出相应物体，并且该第二云台通过使用从相应运动-控制值转换器输出的方向控制值来转动该第二发射器的射出方向。
11.根据权利要求10的信息处理系统，
其中该第一发射器和该第二发射器中的每一个包括：
导向器，其引导该物体，
阻挡器，其在该导向器上阻挡该物体，以及
橡胶轮胎，其在该阻挡器被移开时向输入的物体的外周提供圆周速度，该橡胶轮胎由电动机转动。
12.根据权利要求11的信息处理系统，
其中，当由接收的运动信息指定的速度等于或小于该橡胶轮胎以该电动机的转速下限向该物体提供的圆周速度时，该橡胶轮胎通过利用与在停止向该电动机供电之后所经过的时间相应的该电动机的转动余力来向该物体提供指定的速度。
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